Wpływ estrów kwasów tłuszczowych na sprawność termiczną silnika

Sprawność termiczna silnika jest to stosunek mocy silnika do energii uwolnionej przez silnik w przeliczeniu na jednostkę czasu wskutek całkowitego spalania paliwa.

Z energetycznego punktu widzenia jest to najważniejszy parametr do oceny osiągów silnika.

Agarwal i in. przeprowadzili badania z wykorzystaniem oleju karanja niepodgrzanego i podgrzanego oleju karanja, które wykazały spadek wydajności sprawności silnika jednocylindrowego, czterosuwowego, z bezpośrednim wtryskiem (Kirloskar; DM-10).

W przypadku niepodgrzewanego oleju nastąpił spadek wydajności aż o 45%, przy podgrzaniu oleju karanja wydajność wzrosła, lecz pozostawała nadal na niższym poziomie w porównaniu do oleju napędowego i wyniosła 25%. Według autorów, główną przyczyną była wysoka lepkość biodiesla i mała jego lotność [4].

Rao i in. zaobserwowali nieznaczny spadek sprawności silnika w badaniach z udziałem

oleju jathropa i jego mieszanki na jednocylindrowym silniku wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem paliwa chłodzonym powietrzem [113].

Z przeprowadzonego przez Gumus eksperymentu z użyciem biodiesla z orzechów laskowych w czterosuwowym, jednocylindrowym silniku wysokoprężnym Lombardini 6 LD 400 DI, wynika, że przy niższej wartości opałowej i wyższej lepkości niż wykazuje olej napędowy, nastąpiło wyższe zużycie paliwa i pogorszyła się sprawność termiczna silnika.

Dalsze badania wykazały również, że przy większym wtrysku i wzroście stopnia sprężania

zmiennego ciśnienia wtrysku paliwa (220 – 880 MPa). Eksperyment był przeprowadzony na czterosuwowym, jednocylindrowym silniku Kirloskar AV1 i wykazał, że sprawność termiczna silnika wzrosła wraz ze wzrostem ciśnienia wtrysku paliwa. W przypadku biodiesla MME20 i ciśnieniu wtrysku paliwa 22 MPa zaobserwowano nieznaczny spadek sprawności cieplnej silnika o około 1,36%. Wzrost ciśnienia wtrysku zmniejsza zużycie paliwa i poprawia własności mieszanki paliwowej z powietrzem [2].

Akash i in. w swoim eksperymencie nad sprawnością termiczną silnika z użyciem mieszanek biodiesla oleju thumba z olejem napędowym (B10, B20, B30, B40, B50, B100), wykorzystali silnik Kirloskar TV1, jednocylindrowy, czterosuwowy, chłodzony wodą.

Wykazali oni wzrost sprawności termicznej silnika w przypadku wszystkich mieszanek biodiesla w stosunku do oleju napędowego. Sprawność wzrastała wraz ze wzrostem obciążenia [1].

Puhan i in. w swoim eksperymencie z udziałem silnika jednocylindrowego, czterosuwowego Kirloskar, odnotowali nieznaczny spadek sprawności silnika w przypadku biodiesla z oleju lnianego w porównaniu z olejem napędowym [103].

Ozsezen i in. przeprowadzili badania w silniku czterosuwowym (6,0 dm³) CI Ford Cargo o stopniu sprężania 15,9:1, z bezpośrednim, sześciocylindrycznym wtryskiem paliwa zasilanym estrami metylowymi kwasów tłuszczowych (FAME) wyprodukowanymi z przepracowanego oleju palmowego, estrów metylowych oleju canola i oleju napędowy mineralnego. Zaobserwowali oni, że zastosowanie biodiesli ze zużytego oleju palmowego i oleju canola, przy pełnym obciążeniu i przy stałej prędkości obrotowej wynoszącej 1500 obr/min, w minimalnym stopniu przyczyniło się do obniżenia sprawności silnika, odpowiednio o 1,42% dla estrów metylowych przepracowanego oleju palmowego i 0,12% dla estrów metylowych oleju Canova, w porównaniu do oleju napędowego [85].

Banapurmath i in. przeprowadzili eksperyment z nieżywnościowym olejem marotti (Pongamia glabra). Badali wpływ tego oleju na sprawność cieplną jednocylindrowego, chłodzonego wodą silnika czterosuwowego, wysokoprężnego Kirloskar TV1. Zaobserwowali oni spadek sprawności cieplnej silnika w przypadku zastosowania estrów metylowych oleju marotti w porównaniu do oleju napędowego. Dzięki zastosowaniu estrów metylowych oleju marotti, przy 80% obciążeniu, uzyskali oni sprawność termiczną silnika na poziomie około 28,4%, podczas gdy w tych samych warunkach przy zastosowaniu oleju napędowego uzyskano sprawność termiczną silnika około 31,3%. Zastosowanie mieszanki estrów metylowych oleju marotti z olejem napędowym B20 poprawiło właściwości termiczne silnika

paliwowej, mieszanka biodiesla z olejem napędowym B20 wykazywała lepsze właściwości smarne w porównaniu do oleju napędowego, co spowodowało zmniejszenie strat wywołanych przez siły tarcia. Dalszy wzrost udziału zawartości procentowej biodiesla w mieszance paliwowej zmniejszyło wartość opałową, co w konsekwencji doprowadziło do zmniejszenia sprawności silnika [19].

Raheman i Ghadge zastosowali w swoich badaniach silnik wysokoprężny Ricardo E6 z wtryskiem pośrednim i komorą ze spalaniem wstępnym. Zaobserwowali wzrost sprawności termicznej wraz ze wzrostem stopnia sprężania. Zauważyli oni również, wzrost sprawności silnika, gdy zapewniony był zapłon wyprzedzający. Wynikało to głównie z większej ilości czasu dostępnego na wstrzyknięcie, a co za tym idzie zmniejszenie gwałtownego spalania prowadzącego do niepożądanego efektu wywołanego stukaniem [110]. Ci sami autorzy, w innym eksperymencie z zastosowaniem tego samego silnika, zaobserwowali, że przy współczynniku stopnia sprężania 18:1 i regulacją wtrysku 40° bTDC, sprawność termiczna silnika z użyciem biodiesla z oleju rośliny mahua była porównywalna do uzyskanej przy zasilaniu olejem napędowym [110].

Podobne wyniki przedstawili w swoich pracach Canakci [28] i Zhu i in. [141]. Pierwszy

przeprowadził eksperyment na silniku jednocylindrowym, czterosuwowym z turbodoładowaniem John Deere 4276T. Do badań wykorzystał olej sojowy (B100) i jego

mieszankę z olejem napędowym (B20). Sprawność cieplna silnika we wszystkich rodzajach paliw była podobna.

Zhu wraz z zespołem swoje badania przeprowadzili z udziałem biodiesla z oleju przepracowanego pozyskanego z firmy Dunwell PetroChemical Ltd. Estry metylowe z oleju zużytego zmieszano z 5%, 10% and 15% etanolu (BE5, BE10, BE15). Sprawność cieplna silnika biodiesla była wyższa niż oleju napędowego Euro V i wzrastała wraz z obciążeniem

silnika. Eksperyment wykazał, że sprawność cieplna silnika oleju napędowego Euro V spadła, wskazując na pogorszenie w osiągach silnika. Wzrost sprawności cieplnej

paliwa wynikał z poprawy spalania procesu ze względu na zwiększoną zawartość tlenu w biopaliwach z dodatkiem etanolu [141] .

Prace przeprowadzone przez Deore i Jahagirdar z udziałem estrów metylowych olejów jathropa i karanja, na silniku Diesla czterosuwowym, wyposażonym w pojedynczy cylinder,

Na rysunku 5.7 przedstawiono wpływ różnych rodzajów biopaliw na wydajność termiczną silnika w porównaniu do oleju napędowego[17].

0

Rys. 5.7. Porównanie wpływu różnych rodzajów biopaliw na sprawność cieplną silnika [17]

Banapurmath i in. wykorzystali estry metylowe olejów: Honge (HOME), jathropa (JOME) i oleju sezamowego (SOME). Jak pokazano na rysunku sprawność termiczna silnika była najniższa przy zasilaniu biodieslem z oleju jathropa (JOME) w porównaniu do innych paliw. Według autorów wynikało to z niskiej lotności, wysokiej lepkości i gęstości oleju jathropa. Wśród testowanych biodiesli największą sprawność termiczną silnika osiągnął biodiesel z oleju sezamowego (SOME) w porównaniu do oleju napędowego. Ogólnie stwierdzono, że wartości wydajności termicznej silnika wyniosły odpowiednio: 30.4%

(SOME) 29.51%, (HOME) 29% (JOME) [17].

Na rysunku 5.8 zaprezentowano wyniki badań uzyskane przez Petersom. Przedstawił on wyniki badań dotyczące wpływu jaki miał dodatek biodiesla do oleju napędowego na sprawność cieplną silnika. Autor, do zasilania silnika użył następujących mieszanek biopaliwowych z olejem napędowym: B25, B50, B75, B100. Wartość przy B wskazuje, ile w mieszaninie z olejem napędowym objętościowo znajdowało się biodiesla. Jak wynika z danych zawartych na rysunku 5.7 najwyższą sprawnością cieplną charakteryzował się czysty olej napędowy B0. Biodiesel typu B100 ma najniższą wartość tego parametru. Jednak dodatek 25% [v/v] FAME nie wpłynął znacząco na obniżenie wartości cieplnej. Jest to o tyle ważne, że obecnie większość sprzedawanych na stacjach paliw olejów napędowych zawiera

0